第2章 发动机电子控制系统 第二部分 汽车电子控制技术(第2版)凌永成 电子课件

图2-99 有分电器的电控点火系统 1—主继电器；2—压力传感器；3—温度传感器；4—基准位置传感器；5—转速传 感器；6—ECU；7—EFI 控制；8—ESA控制；9—点火指令信号；10—电子点火器 的IGt接线端子；11—ECU的IGt接线端子；12—电子点火器；13—点火监视回路； 14—闭合角控制；15—点火线圈；16—点火开关；17—蓄电池；18—至分电器； 19—至发动机转速表
2.分组喷射控制
（a）控制电路
分 组 喷 射 控 制 电 路 与 正 时 的 关 系
（b）正时关系
3.顺序喷射控制
（a）控制电路
（b）气缸判别信号
（c）曲轴转速与转角信号
（d）正时关系
图2-74 顺序喷射控制电路与正时的关系
2.5.3发动机起动时喷油量的控制
图2-75 发动机起动时喷油量控制
2.5.4发动机起动后喷油量的控制
爆燃传感器按检测方式不同，可分为共振型与非共振型； 按结构不同，可分为压电式和磁致伸缩式。
1）压电式爆燃传感器 压电式爆燃传感器主要由套筒、压电元件、惯性配重、 塑料壳体和接线插座等组成。
（a）实物照片 图2-81 2—绝缘垫圈；3—压电元件；4—惯性配重； 5—塑料壳体；6—固定螺栓；7—接线插座；8—电极
图2-95 单独点火方式的点火线圈 1—接ECU；2—初级绕组；3—次级绕组；4—火花塞
4）桑塔纳GLi、2000GLi轿车闭磁路式点火线圈
（a）外形
（b） 原理
（c）电路
图2-96 闭磁路式点火线圈（桑塔纳GLi、2000GLi轿车） 1—点火线圈负极；2—次级绕组；3—初级绕组；4—高压插孔；5—铁芯； 6—气隙；15—点火线圈正极；J220—ECU
图2-100 常见的电子配电方式
（1）双缸同时点火控制。 ①二极管分配式双缸同时点火。
图2-101 二极管分配高压电的双缸同时点火电路
②点火线圈分配式双缸同时点火。
图2-102 点火线圈直接分配高压的同时点火电路
（2）各缸单独点火控制。 点火系统采用单独点火方式时，每一个气缸都配有一个 点火线圈，并安装在火花塞上方。在点火控制器中，设置有 与点火线圈数目相同的大功率三极管，分别控制每个线圈次 级绕组电流的接通与切断，其工作原理与同时点火方式相同。 单独点火省去了高压线，点火能量耗损少，所有高压部 件安装在气缸盖上的金属屏蔽罩内，对无线电的干扰降低。 4.发动机爆燃的控制原理 发动机发生严重爆燃时，其动力性和经济性严重下降； 当发动机工作在爆燃临界点或有轻微爆燃时，其动力性和经 济性最好。 利用点火提前角闭环控制系统能有效地控制点火提前角， 使发动机工作在爆燃的临界状态。
2）电子配电（无分电器电控电子点火系统） 电子配电由点火控制器控制，点火线圈的高压电按照一 定的点火顺序，直接加到火花塞上，实现直接点火，也称为 无分电器点火（Distributor-less Ignition，DLI）系统。 目前，DLI点火系统在汽车上应用广泛，常见的电子配电 方式又分为双缸同时点火和各缸单独点火两种。
最佳点火提前角曲面
点火提前角由初始点火提前角、基本点火提前角和修正 点火提前角三部分组成。 1）初始点火提前角
初始点火提前角又称为固定点火提前角，其值大小取决 于发动机型号，并由曲轴位置传感器的初始位置决定，一般 为上止点前6°～12°。 在下列情况时，实际点火提前角等于初始点火提前角： （1）发动机起动时； （2）发动机转速低于400r／min时； （3）检查初始点火提前角时。此时诊断插座测试端子短路， 怠速触点IDL闭合，车速低于2 km／h。
1—火花塞；
2—垫圈；
3—爆燃传感器； 4—气缸盖
垫圈式爆燃传感器的安装位置
2.点火控制组件
图2-87 MCI的组成（桑塔纳2000GSi型轿车） G40—凸轮轴位置（上止点位置）传感器；G70—空气流量传感器；G62—冷却液温度传感器； G72—进气温度传感器；G69—节气门位置传感器；F60—怠速触点开关；G61、G66—爆燃 传感器；G28—曲轴位置（曲轴转速与转角）传感器；J220—电控单元；N152—点火控制组 件；N122—点火控制器；N128、N—点火线圈；Q—火花塞
爆燃传感器输出信号波形
3）燃烧压力检测式爆燃传感器 直接检测燃烧压力法的测量精度最高，但传感器安装困 难且耐久性较差，通常采用间接检测燃烧压力法。其传感器 又称为垫圈式爆燃传感器或压力检测式爆燃传感器，是一种 非共振型压电效应式传感器，结构原理与前述压电式爆燃传 感器相同。
奥迪轿车采 用的燃烧压 力检测式爆 燃传感器
2.5 电控燃油喷射系统的控制原理
2.5.1喷油器控制 发动机各种传感器信号输入ECU后，ECU根据数学计算 和逻辑判断结果，发出脉冲信号指令控制喷油器喷油。
喷油器控制电路
2.5.2喷油正时控制 1.同时喷射控制
（a）控制电路
（b）控制信号波形
（c）正时关系 图2-72 同时喷射控制电路与正时的关系
当ECU确定的点火提前角超过允许的最大点火提前角或 小于允许的最小点火提前角时，发动机很难正常运转，此时 ECU将以最大或最小点火提前角允许值进行控制。 3.MCI 配电方式 1）机械配电（有分电器电控电子点火系统） 机械配电是由分火头将高压电分配至分电器盖旁电极， 再通过高压线输送到各缸火花塞上的传统配电方式。 在这种点火系统的分电器中，有的除保留了传统的机械 式配电结构外，不再有传统的分电器中的断电器、离心式和 真空式点火提前角调节器。在有些车型的分电器中可装有曲 轴位置传感器（Ne信号）和凸轮轴位置传感器(G信号)。 丰田Camry的3S、5S发动机、红旗CA7220E型轿车都 采用了该配电方式。
发动机起动后喷油量控制
2.5.5发动机断油控制
超速断油与减速断油控制
1.超速断油控制
图2-78 超速断油控制曲线
图2-79 减速断油控制曲线
2.减速断油控制 减速断油控制的三个条件： ①节气门位置传感器信号表示节气门关闭； ②发动机冷却液温度达到正常工作温度； ③发动机转速高于燃油停供转速，燃油停供转速值由ECU 根据发动机温度、负荷等参数确定。 3.清除溢流控制 断油控制系统清除溢流的条件： ①点火开关处于起动位置； ②发动机转速低于500r／min； ③节气门全开。 4.减转矩断油控制 变速器自动升挡时，变速器ECU向发动机ECU发出一个 减转矩信号，暂时中断个别气缸喷油，降低发动机转速，以 便减轻换挡冲击，该控制功能称为减转矩断油控制。
2.7.1 怠速控制 1.怠速控制的目的和策略
怠速控制（Idle Speed Control，ISC）是通过调节空气 通路面积以控制空气流量的方法来实现的。
点火控制组件
图2-89 点火控制组件（N152）内部电路 J220—ECU；71—2、3缸点火控制端子；78—1、4缸点火控制端子； N—2、3缸点火线圈；N122—点火控制器；N128—1、4缸点火线圈
3.点火线圈 1）适用于二极管分配的点火线圈 适用于二极管分配同时点火方式的点火线圈具有两个初 级绕组，一个次级绕组。高压二极管有直接安装在点火线圈 内部和连接在点火线圈外部两种结构形式。
图
2-93
1—支架； 2—点火线圈；
3—低压插座；
4—高压二极管； 5—高压引线； 6—盖； 7—填充材料； 8—低压接线柱； 9—外壳； 10、13—铁心； 11—次级绕组； 12—初级绕组
点 火 线 圈 分 配 同 时 点 火 方 式 的 点 火 线 圈 （ ）
Ⅱ
3）单独点火方式的点火线圈
单独点火方式的点火线圈（因其外形细长如笔，亦称笔式点火线圈） 通常是将点火线圈直接安装在火花塞上端。这种点火线圈可省去高压导线， 使点火能量的损失和点火系统的故障率进一步降低。
2.6.3 MCI控制原理 1.基本控制原理
MCI控制原理
2.点火提前角的确定 发动机发出最大功率和最小油耗的点火提前角为最佳点 火提前角，该点不在压缩行程上止点处，应适当提前。 理论和实践证明，发动机的最佳点火提前角应能够使发 动机的燃烧临近爆燃而又不发生爆燃，发动机的最佳点火提 前角随发动机转速和负荷的变化实际上是非线性的。
a）点火线圈内部电路 b）点火线圈实物 图2-90 二极管分配同时点火方式的点火线圈（内装式） 1—低压插接器端子；2—初级绕组；3—次级绕组；4—高压二极管；5—高压接线柱
a）点火线圈连接线路
b）点火线圈内部结构 图2-91 二极管分配同时点火方式的点火线圈（外接式） 1—点火线圈；2—高压二极管；3、11—接电子点火模块；4—弹簧；5—初级绕组Ⅰ； 6—初级绕组Ⅱ；7—铁心；8、16—高压导电片；9、18—电源接线柱；10、19—高压线 插座；12—外壳；13—导磁板；14—衬纸；15—次级绕组；17—变压器油
不同转速时爆燃传感器输出波形
传感器输出信号与曲轴转角的对应关系
2）磁致伸缩式爆燃传感器
磁致伸缩式爆燃传感器主要由感应线圈、伸缩杆、永久 磁铁和外壳组成，如图2-84所示。
磁致伸缩式爆燃传感器
当发动机缸体产生振动时，传感器的伸缩杆随之振动， 感应线圈中的磁通量发生变化。根据电磁感应原理，线圈中 感应出交变电动势，即传感器有电压输出，输出电压高低取 决于发动机的振动强度和振动频率。 当发动机缸体振动频率达到6～9 kHz时，传感器产生 共振，振动强度最大，线圈中产生的电压最高。
2.6 电控电子点火系统
2.6.1 电控电子点火系统的组成
电控电子点火系统（亦称微机控制点火系统， MCI ， Microcomputer Control Ignition）能实现最佳点火提前角的控制，从而提高发动机的动 力性，降低燃油消耗量和有害气体的排放量。
2.6.2 MCI主要部件的结构原理 1.爆燃传感器 在微机控制点火系统中，ECU根据爆燃（爆震）传感器 （Knock Sensor，KS）的信号判断发动机是否发生爆燃， 对点火提前角进行修正，实现点火提前角闭环控制（防爆燃 控制）。 发动机发生爆燃时，气缸内的可燃混合气异常燃烧导致 压力急剧上升而引起缸体振动（爆震），使发动机输出功率 降低，甚至导致发动机损坏。 目前汽车广泛采用检测发动机缸体振动频率来检测爆燃。 发动机爆燃产生的压力冲击波频率一般为6～9 kHz，在检测 缸体振动频率时，一般都将爆燃传感器安装在发动机缸体侧 面。